นักวิทยาศาสตร์ชาวจีนพัฒนาโลหะผสมไททาเนียมพิมพ์ 3 มิติที่ทนทานต่อความล้าสูง

จาก Chinese Academy of Sciences ได้รับแจ้งว่าเมื่อเร็วๆ นี้ ทีมงาน Chinese Academy of Sciences Institute of Metals Zhang Zhefeng ได้เตรียมวัสดุโลหะผสมไทเทเนียมที่พิมพ์แบบ 3 มิติ ซึ่งมีความทนทานต่อความล้าสูง โดยผลการวิจัยได้รับการตีพิมพ์เมื่อวันที่ 29 กุมภาพันธ์ในวารสาร "Nature" (Nature) ).
การพิมพ์ 3 มิติหรือที่เรียกว่าการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ เนื่องจากความสามารถในรูปแบบอิสระที่เป็นเอกลักษณ์ในการตอบสนองความต้องการของอุปกรณ์และส่วนประกอบระดับไฮเอนด์เพื่อการบูรณาการในระดับสูง อเนกประสงค์ น้ำหนักเบา บูรณาการได้อย่างมาก ถือเป็นเทคโนโลยีก่อกวนในสาขาของ การผลิตในการบินและอวกาศและสาขาอื่น ๆ เพื่อให้ได้รับความสนใจและการใช้งานเบื้องต้นอย่างมาก อย่างไรก็ตาม เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีการผลิตแบบดั้งเดิม ประสิทธิภาพความล้าของวัสดุที่พิมพ์แบบ 3D ภายใต้การโหลดแบบวนโดยทั่วไปนั้นต่ำ ซึ่งทำให้จำกัดการใช้งานในวงกว้างอย่างจริงจังในฐานะชิ้นส่วนรับน้ำหนักเชิงโครงสร้าง
เป็นครั้งแรกที่นักวิจัยได้เสนออย่างชัดเจนว่า ตามหลักการแล้วเนื้อเยื่อโลหะผสมไทเทเนียม (เรียกว่าเนื้อเยื่อ Net-AM) ที่เตรียมโดยตรงจากเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติควรมีคุณสมบัติความล้าสูงเป็นพิเศษตามธรรมชาติ ในขณะที่ข้อบกพร่อง เช่น ความพรุนที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการพิมพ์ปิดบัง ข้อดีในการต้านทานความล้าของเนื้อเยื่อในตัว ส่งผลให้คุณสมบัติความล้าของวัสดุพิมพ์ 3 มิติที่วัดได้จริงลดลงอย่างมาก อย่างไรก็ตาม กระบวนการกำจัดความพรุนในปัจจุบันมักมาพร้อมกับการทำให้เนื้อเยื่อหยาบ ในขณะที่การรักษาเนื้อเยื่อที่ผ่านการกลั่นแล้วสามารถทำให้เกิดความพรุนซ้ำได้ และยังกระตุ้นให้เกิดปัจจัยที่ไม่เอื้ออำนวยใหม่ๆ เช่น การเพิ่มคุณค่าของเฟสที่ขอบเขตของเกรน ซึ่งสามารถอธิบายได้ดังนี้ ภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออก
เป็นครั้งแรกในอัลลอยด์ Ti-6Al-4V ที่นักวิจัยได้พบว่าการเคลื่อนย้ายขอบเขตของเกรนและการเติบโตของรูพรุนของเนื้อเยื่อสถานะที่พิมพ์แบบ 3 มิติที่อุณหภูมิสูงแสดงคุณสมบัติแบบอะซิงโครนัสกับกระบวนการเปลี่ยนสถานะ นี่หมายความว่ามีหน้าต่างกระบวนการบำบัดความร้อนที่มีคุณค่าสำหรับทั้งการปรับแต่งเนื้อเยื่อแผ่นระแนงและการปราบปรามการเพิ่มขอบเขตของเกรนเฟสและการกลับเป็นซ้ำของเกรนอย่างมีประสิทธิผล ด้วยเหตุนี้ นักวิจัยจึงใช้ประโยชน์จากหน้าต่างกระบวนการนี้อย่างชาญฉลาด และคิดค้นกระบวนการใหม่ของข้อบกพร่องแบบขั้นตอนและการปรับเปลี่ยนองค์กร และในที่สุดก็เตรียม Ti-6Al-4V ที่เกือบจะไม่มีรูพรุน โลหะผสม ความต้านทานแรงดึง-แรงดึงได้รับการปรับปรุงจาก 475 MPa ในสภาวะบริสุทธิ์เป็น 978 MPa เพิ่มขึ้น 106%
จากการเปรียบเทียบ พบว่าโลหะผสม Ti-6Al-4V ที่จัดเรียงใกล้ Net-AM นี้ไม่เพียงแต่มีความต้านทานต่อแรงดึงและแรงดึงสูงสุดในบรรดาวัสดุโลหะผสมไทเทเนียมทั้งหมดเท่านั้น แต่ยังมีความจำเพาะเจาะจงสูงสุดอีกด้วย ความแข็งแรงของความล้า (ความแข็งแรงของความล้าหารด้วยความหนาแน่น) จากข้อมูลความล้าของวัสดุที่รายงานจนถึงปัจจุบัน
ความสำเร็จนี้ปรับปรุงความเข้าใจโดยธรรมชาติของผู้คนเกี่ยวกับประสิทธิภาพความล้าต่ำของวัสดุพิมพ์ 3 มิติ เผยข้อดีเฉพาะของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติในการผลิตที่ต้านทานความล้า และแสดงให้เห็นถึงแนวโน้มการใช้งานในวงกว้างของวัสดุพิมพ์ 3 มิติเป็นชิ้นส่วนรับน้ำหนักเชิงโครงสร้างในการบินและอวกาศและ สาขาสำคัญอื่น ๆ